Кузнецова О.В. Высокомолекулярные соединения: учебно-методический комплекс

Подождите немного. Документ загружается.

Винипласт листовой 0,93-0,95

Сополимер винилхлорида с винилацетатом 1,35-1,40

Полиуретан 1,34

Пресс-

порошки на связующем новолачного или

резольного типа

1,2

Полиамид 1,4

Полиэпоксиды 1,19-1,23

Плотность пластических масс определяют взвешиванием

стандартных брусков размером 120x15x10 мм. Для этого брусок,

имеющий комнатную температуру, подвешивают на тонкой

медной проволоке и взвешивают на специально приспособлен-

ных весах с точностью до 0,01 г. Затем его полностью погружа-

ют в стакан с дистиллированной водой комнатной температуры

и взвешивают в воде с той же точностью.

При определении плотности материала следует учиты-

вать, что вес бруска в воздухе отличается от его веса в воде на

величину выталкивающей силы воды: F= т

g, где т

— масса

воды в объеме погруженного в нее тела; g — ускорение силы

тяжести. Отношение веса бруска в воздухе к разнице весов бру-

ска в воздухе и в воде [тg/( т

g) = т/т

] есть относительная

плотность исследуемого материала [d= т/т

]. Умножив относи-

тельную плотность d на плотность воды при данной температу-

ре [

] (табл. 6), вычисляют плотность материала [



= d



Порядок выполнения опыта

1. Получите у лаборанта два стандартных образца, изготовлен-

ных из одного материала.

2. Подвесьте брусок на тонкой медной проволоке и взвесьте их

с точностью до 0,01 г.

3. Стакан с дистиллированной водой взвесьте и поставьте под

висящий брусок, который затем полностью погрузите в стакан.

4. Взвесьте брусок в воде.

Таблица 6

Плотность воды при различной температуре

Температура, °С Плотность, г/см

15 0,9991 21 0,9980

16 0,9989 22 0,9978

17 0,9988 23 0,9975

18 0,9986 24 0,9973

19 0,9984 25 0,9970

20 0,9982

5. Запишите результаты опыта в следующем порядке

- номер образца;

- масса разновесов при определении веса бруска в воздухе т (в

г);

- масса разновесов при определении веса бруска в воде т

(в г);

- масса воды в объеме бруска т

= т — т

(в г);

- относительная плотность исследуемого материала d ;

- плотность воды при температуре опыта р

(в г/см

);

- плотность исследуемого материала р (в г/см

);

- среднее значение двух измерений р

ср

(в г/см

);

- плотность материала, взятая из таблицы (в г/см

Опыт 1.5. Определение содержания летучих веществ.

Летучие вещества и влагу удаляют из образца при его

нагревании до 103-105 °С. В полимерах, подвергаемых перера-

ботке прессованием, литьем под давлением и другими метода-

ми, необходимо знать содержание летучих веществ, так как они

вызывают появление волнистости, разводов, вздутий, пузырей и

трещин на изделии. Содержание летучих веществ выражают в

процентах.

Получите у лаборанта материал для определения содер-

жания летучих примесей и бюкс с крышкой (диаметр бюкса ~ 40

мм). Взвесьте бюкс с крышкой с точностью до 0,01 г (m

), на-

сыпьте в него примерно 5 г исследуемого материала, закройте

крышкой и снова взвесьте с той же точностью (m

). По разности

измерений определите массу навески (m

Поместите открытый бюкс с навеской в термошкаф

(температура 103—105 °С) на 30 мин, после чего охладите его в

эксикаторе, закройте крышкой и снова взвесьте (т

). По разно-

сти измерений определите массу навески после термообработки

). Результаты опыта запишите в табл.

Таблица 7

Экспериментальные данные для определения содержания лету-

чих веществ

Масса бюкса с крыш-

кой и навеской, г

Масса навески, г

Масса бюкса с

крышкой т

, г

до термо-

обработки

после

термо-

обра-

ботки

до термо-

обработки

после

термо-

обра-

ботки

Содержание лету-

чих веществ, %

Х=[(т

-т

/т

]100

Лабораторная работа № 2 «Получение полимеров методом

полимеризации».

Опыт 2. 1. Полимеризация стирола.

Проводите полимеризацию стирола при 80 °С в течение

3 ч присутствии 3 % (от массы мономера) перекиси бензоила,

загрузив в каждую из четырех ампул по 3 см

стирола и соответ-

ствующий растворитель:

а) в первую ампулу — 3 см

бензола, во вторую — 3 см

дихло-

рэтана, в третью - 3 см

четырехлористого углерода, в четвер-

тую — 3 см

этилацетата;

б) в первую ампулу — 3 см

бензола, во вторую - 3 см

толуола,

в третью — 3 см

ксилола, в четвертую — 3 см

этилацетата;

в) в первую ампулу — 1 см

, во вторую — 2 см

, в третью — 3

см

, в четвертую — 4 см

толуола (или дихлорэтана).

В каждой ампуле определите:

— выход полимера (в г или %);

— скорость полимеризации (в %/ч или %/мин и в моль/(л-с)).

Полученные результаты занесите в табл. При проведе-

нии полимеризации с различным количеством растворителя по-

стройте графики зависимости скорости полимеризации от коли-

чества растворителя.

Таблица 8

Экспериментальные данные

Загрузка

Концентрация в растворе

Мономер

Инициатор

Раствори-

тель

Мономер

Инициатор

Номер

опыта

мл г моль

% мл г г/л моль/л

г/л моль/л

Выход полимера

Скорость полимери-

зации

Номер опыта

Температура,

°С

Время,

г % %/ч моль/(л-с)

Сделайте выводы о влиянии исследуемого фактора на

процесс полимеризации мономера.

Пример расчета. Проведена полимеризация стирола (мол. мас-

са 104,14; плотность 0,903) в дихлорэтане с инициатором ДАК

(мол. масса 164). Суммарный объем загрузки 4 см

В ампулу загружено 3 см

(мл) стирола или 30,903 =

2,71 г (или 2,71/104,14 = 0,026 моль) и инициатора ДАК 0,06 г

или (0,06/2,71)100 = = 2,21 масс. % (от стирола), а также 1 см

дихлорэтана.

Концентрация мономера в растворе

(2,71  1000)/4 = 677,5 г/л или 677,5/104,14 = 6,51 моль/л.

Концентрация инициатора в растворе

(0,06  1000)/4 = 15 г/л или 15/164 = 0,0915 моль/л.

Выход полимера

1,625 г или (1,625  100)/2,71 = 60 %.

Скорость полимеризации:

60/4 = 15 %/ч или 60/(4  60) = 0,26 %/мин

или

(6,51  0,6)/(4  3600) = 27,1 -10

-5

моль/(л-с).

Порядок проведения опыта

Приготовьте в колбе раствор инициатора в 13-14 см

стирола, поместите из бюретки (или пипетки) по 3 см

раствора

в каждую ампулу, затем добавьте необходимое количество ука-

занного в задании растворителя. Запаянные ампулы поместите в

термостат с заданной температурой и выдержите необходимое

время. По окончании полимеризации охлажденные ампулы

вскройте. В случае необходимости добавьте растворитель и

осаждайте полимер в гидролизный спирт или петролейный

эфир, проверяя полноту осаждения.

Полимер промойте осадителем, отфильтруйте и высуши-

те в предварительно взвешенных чашках Петри сначала на воз-

духе, а затем в термостате при температуре 60-70 °С или в ваку-

ум-шкафу при 30-40 °С до постоянной массы.

Опыт 2.2. Полимеризация эфиров метакриловой кисло-

ты (метакрилатов)

Порядок проведения опыта Проводите полимеризацию метак-

рилата при 80 °С в течение 3 ч присутствии 2 масс. % (от массы

мономера) перекиси бензоила, загрузив в каждую из четырех

ампул по 3 см

мономера и соответствующий растворитель:

а) в первую ампулу - 3 см

бензола, во вторую - 3 см

толуола,

третью — 3 см

ксилола, в четвертую — 3 см

дихлорэтана;

б) в первую ампулу — 3 см

дихлорэтана, во вторую — 3 см

бензола, в третью — 3 см

этилацетата, в четвертую — 3 см

ме-

тилэтил- или метилизопропилкетона;

в) в первую ампулу — 1 см

, во вторую — 2 см

, в третью — 3

см

, в четвертую — 4 см

бензола или дихлорэтана.

2. В каждой ампуле определите:

— выход полимера (в г или %);

— скорость полимеризации (в %/ч или %/мин и в моль/(л-с));

3. Полученные результаты занесите в табл. . При проведении

полимеризации с различным количеством растворителя по-

стройте графики зависимости скорости полимеризации от коли-

чества растворителя.

Таблица 9

Экспериментальные данные

Загрузка

Концентрация в растворе

Мономер

Инициатор

Раствори-

тель

Мономер

Инициатор

Номер

опыта

мл г моль

% мл г г/л моль/л

г/л моль/л

Выход полимера

Скорость полимери-

зации

Номер опыта

Температура,

°С

Время,

г % %/ч моль/(л-с)

4. Сделайте выводы о влиянии исследуемого фактора на процесс

полимеризации мономера.

Приготовьте в колбе раствор инициатора в 13—14 см

мономера, возьмите из микробюретки (или пипетки) по 3 см

(мл) раствора и поместите в каждую ампулу, затем добавьте не-

обходимое количество указанного в задании растворителя. За-

паянные ампулы поместите в термостат с заданной температу-

рой и выдержите требуемое время. По окончании полимериза-

ции охлажденные ампулы вскройте. В случае необходимости

добавьте растворитель и осаждайте полимер в спирт или петро-

лейный эфир, проверяя полноту осаждения.

Полимер промойте осадителем, отфильтруйте и высуши-

те в предварительно взвешенных чашках Петри сначала на воз-

духе, а затем в термостате при температуре 60—70 °С или в ва-

куум-шкафу при 30—40 °С до постоянной массы.

Опыт 2.3. Полимеризация винилацетата.

Порядок проведения опыта.

1. Проводите полимеризацию винилацетата при 75

С в течение

3 ч в присутствии 1 масс. % (от массы мономера) перекиси бен-

зоила, загрузив в каждую ампулу по 3 см

мономера и соответ-

ствующий растворитель:

а) в первую ампулу — 3 см

бензола, во вторую — 3 см

толуо-

ла, в третью — 3 см

этилового спирта, в четвертую — 3 см

этилацетата;

б) в первую ампулу — 3 см

дихлорэтана, во вторую — 3 см

четыреххлори-стого углерода, в третью - 3 см

этилацетата, в

четвертую — 3 см

бензола;

в) в первую ампулу — 1 см

, во вторую — 2 см

, в третью — 3

см

, в четвертую — 4 см

этилового спирта или дихлорэтана.

2. В каждой ампуле определите:

— выход полимера (в г или %);

— скорость полимеризации (в %/ч или %/мин и в моль/(л-с));

3. Полученные результаты занесите в табл. . При проведении

полимеризации с различным количеством растворителя по-

стройте графики зависимости скорости полимеризации количе-

ства растворителя.

Таблица 10

Экспериментальные данные

Загрузка

Концентрация в растворе

Мономер

Инициатор

Раствори-

тель

Мономер

Инициатор

Номер

опыта

мл г моль

% мл г г/л моль/л

г/л моль/л

Выход полимера

Скорость полимери-

зации

Номер опыта

Температура,

°С

Время,

г % %/ч моль/(л-с)

4. Сделайте выводы о влиянии исследуемого фактора на процесс

полимеризации мономера.

Приготовьте в колбе раствор инициатора в 13—14 см

мономера

возьмите из микробюретки (или пипетки) по 3 см

(мл) раствора

и поместите в каждую ампулу, затем добавьте необходимое ко-

личество указанного в задании растворителя. Запаянные ампулы

поместите в термостат с заданной температурой и выдержите их

требуемое время. По окончании полимеризации охлажденные

ампулы вскройте. В случае необходимости добавьте раствори-

тель и осаждайте полимер или в петролейный эфир, или в дис-

тиллированную воду, проверяя полноту осаждения (из раство-

ров в ароматических или хлорированных углеводородах осаж-

дение полимера проводите в петролейный эфир, а из раствора в

этиловом спирте — в горячую дистиллированную воду).

Промойте полимер осадителем, отфильтруйте и высуши-

те его в предварительно взвешенных чашках Петри сначала на

воздухе, а затем в термостате при температуре 60-70 °С или в

вакуум-шкафу при 30-40 °С до постоянной массы.

Лабораторная работа № 3 «Получение полимеров методом

поликонденсации».

Опыт 3.1. Получение полиглицеринадипинфталата

Процесс изготовления жестких полиэфируретановых пе-

нопластов состоит из двух стадий: получение полиэфира и по-

лучение пенопласта.

Получение полиэфира. Поместите в колбу 35 г глицерина, 36,5 г

адипиновой кислоты и 74 г фталевого ангидрида. Нагрейте кол-

бу на масляной бане до расплавления смеси, затем включите

мешалку, присоедините к колбе обратный холодильник, доведи-

те температуру реакционной смеси до 160

С. Реакцию проводи-

те, периодически (через час) отбирая пробы до тех пор, пока ки-

слотное число полиэфира не достигнет значения 140—160 (ме-

тодику определения кислотного числа см. в лабораторной рабо-

те). По окончании реакции горячий продукт вылейте в фарфо-

ровый стакан.

Получение пенопласта. Полученный полиэфир и рассчитанное

количество толуилендиизоцианата взвесьте в фарфоровом ста-

кане и перемешивайте шпателем до появления желто-белого

окрашивания массы и выделения пузырьков углекислого газа.

После этого массу перенесите в разъемную форму и выдержите

в ней не менее суток для полного вспенивания и затвердевания.

Для ускорения процесса затвердевания форму с массой можно

нагревать при температуре 70—90 °С в течение двух часов.

Количество толуилендиизоцианата А (в г), необходимое для по-

лучения пенопласта, рассчитайте по формуле

А = 1,554 К

а/1000,

где К

— кислотное число полиэфира; а — количество полиэфи-

ра, г; 1,554 — коэффициент пересчета.

Для получения пенопласта берут удвоенное количество толуи-

лендиицианата по сравнению с рассчитанным.

Опыт 3.2. Получение полиэтиленгликольадипинсебацината.

Процесс изготовления мягких полиэфируретановых пе-

нопластов состоит из двух стадий: получение полиэфира и по-

лучение пенопласта.

Получение полиэфира. Поместите в колбу 53 г диэтилен-

гликоля, 73 г адипиновой кислоты, 50,5 г себациновой кислоты

и нагрейте колбу на масляной бане до расплавления смеси. За-

тем включите мешалку, присоедините к колбе холодильник, до-

ведите температуру смеси до 180

С. Проводите реакцию, пе-

риодически (через час) отбирая пробы до тех пор, пока кислот-

ное число полиэфира не достигнет значения 140—160. Горячий

продукт вылейте в фарфоровый стакан.

Получение пенопласта. Полученный полиэфир взвесьте в фар-

форовом стакане и прилейте 2 см

дистиллированной воды.

Смесь тщательно перемешайте шпателем и добавьте 20 г 2, 4-

толуилендиизоцианата. Затем продолжайте размешивание до

появления пузырьков газа, после чего массу перенесите в разъ-

емную форму и выдержите в течение суток до полного вспени-

вания.

Опыт 3.3. Синтез фенолформальдегидных полимеров.

В зависимости от катализатора и других условий прове-

дения опыта результатом реакции между фенолом и формальде-

гидом могут образовываться различные продукты.

Если катализатор — кислота, а фенол взят с избытком, то полу-

чается новолачная смола. Если катализатор — основание, а в

избытке взят формальдегид, образуются резольные смолы (сши-

тые полимеры).

а) Получение новолачной смолы (работа проводится в вытяж-

ном шкафу!)

В пробирку, закрытую пробкой с вертикальной трубкой, выпол-

няющей роль обратного холодильника, поместите 2,5 г кристал-

лического фенола, 5 см

раствора формалина и 7—8 капель рас-

твора соляной кислоты. Нагревайте реакционную смесь до тех

пор, пока не начнется бурная реакция (при этом жидкость долж-

на помутнеть). Дайте смеси расслоиться, после чего слейте

верхний водный слой. Образовавшуюся смолу вылейте на лист

бумаги или картона, проверьте растворимость смолы в спирте.

б) Получение резольной смолы (работа проводится в вытяж-

ном шкафу!)

В пробирку поместите 2 г фенола, 5 см

раствора формалина и

1,0—1,5 см

концентрированного раствора аммиака. Несколько

минут осторожно нагревайте пробирку до начала бурной реак-

ции и полного растворения фенола. Когда пробирка остынет и

смесь расслоится, слейте верхний водный слой. Нижний слой —

смола желто-коричневого цвета — еще способна к дальнейшей

полимеризации. Осторожно подогрейте нижний слой. Через не-

которое время вся смола превратится в твердую массу. Проверь-

те отношение смолы к растворителю. В качестве отвердителя

можно взять хлорид аммония 0,1 % от масс.

Оформление результатов опыта.

1. Напишите структурную формулу новолачной смолы. Укажите

основные свойства линейных полимеров и растворители, в ко-

торых растворяется новолачная смола.

2. Запишите структурную формулу резольной смолы. Чем объ-

ясняется затвердевание смолы при нагревании? Укажите основ-

ные свойства пространственных полимеров, отметьте отноше-

ние смолы к растворителям.

Опыт 3.4. Синтез анилиноформальдегидной смолы

Конденсация анилина с формальдегидом в нейтральном или

слабощелочном растворе при эквимолекулярном соотношении

компонентов идет по схеме

Образовавшийся продукт реакции можно рассматривать как

циклический тример, получающийся из трех молекул мономера

— N = СН

Если процесс конденсации проводить в кислой среде с избыт-

ком формальдегида, реакция идет по схеме полимеризации с

образованием высокомолекулярной анилиноформальдегидной

смолы, сходной с бакелитом:

Порядок проведения опыта. Поместите в пробирку 10 см

ани-

лина и 10 см

раствора формальдегида (40 г формальдегида в